用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統的製作方法

2023-06-21 06:06:01 2

專利名稱：用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及振動摩擦焊接機的領域，具體地涉及一種用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統。
背景技術：
塑料焊接是指兩塊分子結構相同或相近的熱塑型塑料通過高溫熔化再迅速冷卻凝固，而使表面連接成一體的焊接方法。產生高溫的方法有很多種，如振動摩擦、超聲波、雷射或加熱板。現有技術的塑料焊接方式主要有振動摩擦焊接與熱板焊接。摩擦焊接主要是兩個塑料件分別放置在上、下兩個模具中，在高壓夾緊貼和的狀態下，一個工件固定不動，另一個工件有振動頭驅動，產生高頻的相對移動。兩個塑料件在摩擦中生熱，並在高壓熔融狀態下連接在一起，然後停止振動，冷卻凝固，完成焊接。熱板焊接則更簡單，使用一塊持續加 熱的金屬板，上下各覆一塊露出焊接筋位置的隔熱板，給上下兩個焊接件加熱，直至熔融狀態，然後在高壓貼和狀態下完成焊接。對於現有的機器控制方式，不論是普通的摩擦焊接機，還是熱板機，在焊接過程中，整個焊接面的焊接時間與焊接強度總是完全一樣的。對於普通的摩擦焊接機，塑料不是在熔融狀態下開始焊接的，早期的摩擦過程不可避免的產生很多的廢絮與焊渣，影響產品的外觀，甚至會影響產品質量。需另外增加額外的清潔工序。對一些高強度的塑料，焊接的強度也無法滿足要求。對於熱板焊接，整個焊接過程時間長，且加熱整塊金屬板的保溫能耗太高，機器長時間的運行會使周圍環境溫度快速上升，不利於操作員工作。因此，希望提供一種振動摩擦焊接機及其控制系統，其能夠提高焊接質量和外觀質量，並且能夠實現清潔焊接。

實用新型內容在下文中給出了關於本實用新型的簡要概述，以便提供關於本實用新型的某些方面的基本理解。但是，應當理解，這個概述並不是關於本實用新型的窮舉性概述。它並不是意圖用來確定本實用新型的關鍵性部分或重要部分，也不是意圖用來限定本實用新型的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出關於本實用新型的某些概念，以此作為稍後給出的更詳細描述的前序。鑑於現有技術的上述情形，本實用新型的目的是提供一種用於控制振動摩擦焊接機的系統，其能夠克服上述現有技術的缺點和不足，提高焊接質量和外觀質量，並且能夠實現清潔焊接。為了實現上述目的，根據本實用新型的一方面，提供了一種用於控制振動摩擦焊接機的系統，所述振動摩擦焊接機包括機架；振動頭，其安裝在所述機架上，用於產生振動；第一模具，其安裝到所述振動頭，用於放置第一工件；升降臺，其通過導柱連接到所述機架；以及第二模具，其安裝到所述升降臺，用於放置第二工件，所述系統包括上位機；下位機，其與所述上位機進行通信；以及第一執行機構，其由所述下位機控制，用於驅動所述第一模具和所述第二模具，其特徵在於，所述振動摩擦焊接機進一步包括加熱裝置，其安裝到所述升降臺或所述第二模具，用 於在對所述第一工件和所述第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，對所述第一工件和所述第二工件進行加熱，並且所述系統進一步包括電源裝置，其與所述上位機進行通信，用於控制所述加熱裝置的加熱；以及第二執行機構，其由所述下位機控制，用於驅動所述加熱裝置。優選地，加熱裝置可以包括至少一個加熱單元，其由電源裝置控制，用於加熱第一工件和第二工件；以及驅動單元，其由第二執行機構控制，用於驅動加熱單元在用於進行加熱的第一位置和不同於第一位置的第二位置之間移動。優選地，加熱單元為紅外線加熱單元。優選地，上位機可以包括整體設定單元，其與電源裝置通信，以設定加熱裝置的預加熱時間，並且與下位機通信，以設定第二執行機構。優選地，上位機可以包括單體設定單元，其與電源裝置通信，以設定加熱裝置中包括的至少一個加熱單元中的每一個的工作參數。優選地，上位機可以包括安全互鎖單元，其與下位機通信，以設定第一執行機構和第二執行機構的執行順序。優選地，電源裝置的輸出電壓為O到48伏特，並且輸出電流為O至40安培。更優選地，電源裝置的輸出電壓為15至35伏特，並且輸出電流為10至30安培。優選地，在對第一工件和第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，加熱裝置對第一工件和第二工件加熱I到30秒鐘。更優選地，在對第一工件和第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，加熱裝置對第一工件和第二工件加熱5到15秒鐘。優選地，第一工件和第二工件為熱塑性塑料件。在本實用新型的上述技術方案中，預先加熱塑料產品中需焊接的部位，使其軟化並易於焊接，再用普通振動摩擦焊接機對焊接部位進行焊接。針對高強度塑料件焊接時，可以實現焊接強度高和焊縫強度均勻的優點。針對清潔焊接時，可實現無廢絮或雜質產生，可以降低焊接功率和能源消耗，並且減少生產工時。

本實用新型可以通過參考下文中結合附圖所給出的詳細描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細說明一起包含在本說明書中並形成說明書的一部分，用來進一步舉例說明本實用新型的優選實施例和解釋本實用新型的原理和優點。在附圖中圖I是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機的立體圖；圖2是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機的一種工作狀態的截面圖；圖3是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機的另一種工作狀態的截面圖；以及圖4是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統的框圖。本領域技術人員應當理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪製的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對於其它元件放大了，以便有助於提高對本實用新型實施例的理解。
具體實施方式
在下文中將結合附圖對本實用新型的示範性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中並未描述實際實施方式的所有特徵。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定於實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，並且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常複雜和費時的，但對得益於 本公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本實用新型，在附圖中僅僅示出了與根據本實用新型的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本實用新型關係不大的其它細節。在根據本實用新型的實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統中，所述振動摩擦焊接機可以包括機架；振動頭，其安裝在所述機架上，用於產生振動；第一模具，其安裝到所述振動頭，用於放置第一工件；升降臺，其通過導柱連接到所述機架；以及第二模具，其安裝到所述升降臺，用於放置第二工件，所述系統可以包括上位機；下位機，其與所述上位機進行通信；以及第一執行機構，其與所述下位機進行通信，用於驅動所述第一模具和所述第二模具，其特徵在於，所述振動摩擦焊接機進一步包括加熱裝置，其安裝到所述升降臺或所述第二模具，用於在對所述第一工件和所述第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，對所述第一工件和所述第二工件進行加熱，並且所述系統進一步包括電源裝置，其與所述上位機進行通信，用於控制所述加熱裝置的加熱；以及第二執行機構，其與所述下位機進行通信，用於驅動所述加熱裝置。下面，首先參照附圖來詳細描述根據本實用新型的實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機。圖I是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機的立體圖。如圖I所示，根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統控制的振動摩擦焊接機可以包括機架5、振動頭I、上模具(第一模具)2、升降臺4、下模具(第二模具)3以及加熱裝置。具體地，振動頭I可以安裝在機架5上，用於產生振動。例如，振動頭I可以產生左右方向的諧波振動。上模具2安裝到振動頭1，具體地可以安裝到振動頭I的下面。在圖I中進行了部分剖切處理，以示出安裝在振動頭I下面的上模具2。上模具2用於放置上工件(第一工件)。當振動頭I進行左右方向的諧波振動時，可以帶動上模具2及其上面的上工件一起振動。升降臺4通過導柱10連接到機架5。由此，可以實現升降臺4沿著導柱10進行上下方向的直線運動。下模具3安裝到升降臺4，用於放置下工件(第二工件)。當升降臺4沿著導柱10上下移動時，可以帶動下模具3及其上面的下工件一起移動。加熱裝置可以安裝到升降臺4或下模具3。在圖I以及隨後的圖2和3中，示出了其中加熱裝置安裝到升降臺4的情況。當加熱裝置安裝到下模具3時，可以實現同樣的功能。在對上工件和下工件進行振動摩擦焊接操作之前，加熱裝置可以對上工件和下工件進行加熱。圖I中的加熱裝置可以包括加熱臺託架9、加熱臺6和 軌跡板11。其中，加熱臺6可以是至少一個加熱單元，用於加熱上工件和下工件。優選地，加熱單元為紅外線加熱單元。軌跡板11是驅動單元，用於驅動加熱單元在用於進行加熱的第一位置和不同於第一位置的第二位置之間移動。具體地，加熱臺託架9可以固定到升降臺4。軌跡板11可以設置在加熱臺託架9上。通過軌跡板11，加熱臺6可以被移動到加熱臺託架9上(第二位置)或下模具3上(第一位置)。加熱臺6可以加熱上模具2中的上工件和下模具3中的下工件。優選地，上工件和下工件可以為熱塑性塑料件。由於加熱臺託架9固定在升降臺4上，所以可實現加熱臺託架9與升降臺4的同步上升或下降。加熱臺6通過軌跡板11實現與上模具2和下模具3的前後及上下的相對運動。根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統例如可以通過設置在加熱臺託架9上的電氣接線盒7和液壓與氣動組件8來控制加熱臺6的加熱和移動，進而還可以控制振動頭I的振動和升降臺4的移動。亦即，加熱臺託架9上安裝的電氣接線盒7和液壓與氣動組件8，為上模具2、下模具3和加熱臺6提供電源、控制信號、液壓動力、氣源等，並且可以提供加熱塑料件的熱能。下面說明如圖I所示的振動摩擦焊接機的基本工作順序。(I)在開始狀態，升降臺4位於機器的起始位置，即原點位置。加熱臺6位於加熱臺託架9上方。此時，分別將需要焊接的上工件和下工件放置在上模具2和下模具3上。圖2是圖示振動摩擦焊接機的上述工作狀態的截面圖。如圖2所示，在將上工件放置到上模具2中和將下工件放置到下模具3中之前，加熱臺6位於加熱臺託架9上。因此，加熱裝置不會對工件的放置造成幹擾。(2)接下來，按動機器啟動按鈕，使加熱臺6通過軌跡板11移動到上模具2和下模具3之間。圖3是圖示振動摩擦焊接機的上述工作狀態的截面圖。如圖3所示，在將上工件放置到上模具2中和將下工件放置到下模具3中之後，加熱臺6被移動到下模具3上，從而處於上模具2和下模具3之間。(3)接下來，升降臺4沿著導柱10上升到加熱位置，以使加熱臺6對上模具2中的上工件和下模具3中的下工件同時進行預先加熱。當加熱臺6對上工件和下工件進行加熱時，加熱臺6位於上模具2和下模具3之間的中間位置。這樣可以對上工件和下工件同時均勻加熱。優選地，在對上工件和下工件進行振動摩擦焊接操作之前，加熱臺對上工件和下工件加熱I到30秒鐘，更優選地加熱5到15秒鐘。(4)接下來，升降臺4沿著導柱10下降到原點位置之後，加熱臺6通過軌跡板11返回到加熱臺託架9上方。此時可參見如圖2所示的工作狀態。(5)接下來，升降臺4沿著導柱10上升到焊接位置，使上下工件同時接觸後，振動頭I產生左右方向的諧波振動，以實現對上下工件的焊接。(6)最後，在焊接結束後，升降臺4下降到機器的原點位置，以取出焊接的工件。上面描述的振動摩擦焊接機的基本工作順序可以由根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統來控制。下面參考圖4來詳細地描述該系統。圖4是圖示根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統的框圖。如圖4所示，根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統可以包括上位機100、下位機110、執行機構120 (第一執行機構)、執行機構140 (第二執行機構)和紅外發生器電源(電源裝置)160。·具體地，上位機100配有不間斷電源(UPS)，並在Windows XP系統裡安裝了組態軟體的工控機。通過工控機，可以實現多個功能如多語言切換，參數設定、保存與讀取，數據信息處理及反饋，無限制的歷史記錄，遠程維護，多方式的可擴展連接等等。下位機110可以通過Profibus總線與上位機100進行數據交換(亦即進行通信，下同)。下位機110可以是多個通過現場總線進行通信的可編程邏輯控制器(PLC)從站。執行機構120可以由下位機110控制，以驅動振動摩擦焊接機中的上下模具180(例如圖1-3中的上模具2和下模具3)。紅外發生器電源160可以與上位機100進行通信，以控制振動摩擦焊接機中的加熱裝置170的加熱。在圖4中，上位機100通過Profibus總線與通信協議轉換器150進行數據交換。通信協議轉換器150可以在Profibus協議和Canbus協議之間進行轉換。進一步，通信協議轉換器150通過Canbus總線與紅外發生器電源160進行數據交換。這樣的常用的profibus總線與Canbus總線的使用，使整個機器的電線電纜數量大大減少。從而在降低了線路成本並簡化了線路布置的同時，也減少了數據出錯機率。進而，紅外發生器電源160可以控制加熱裝置170中的紅外發生器171 (加熱單元)，以加熱上下模具180中的上工件和下工件。紅外發生器電源160的交流輸入電壓可以是175V到275V。優選地，紅外發生器電源160的輸出電壓為O到48V，並且輸出電流為O到40A。更優選地，紅外發生器電源160的輸出電壓為15到35V，並且輸出電流為10到30A。紅外發生器電源160的輸出可以控制加熱裝置170中的紅外發生器171，使其發出紅外光，用於加熱焊接塑料件。紅外發生器電源160本身具有多種保護功能，如輸入過/欠電壓保護、輸出過電壓保護、輸出過電流保護、整流器故障保護、高溫保護、散熱風扇停止工作保護以及通信故障保護等。執行機構140可以由下位機110控制，以驅動振動摩擦焊接機中的加熱裝置170。具體地，執行機構140可以控制加熱裝置170中的驅動單元172 (例如圖1-3中的軌跡板11)，以驅動紅外發生器171在用於進行加熱的第一位置和不同於第一位置的第二位置之間移動。另外，根據本實用新型實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統還可以包括執行機構130，其由下位機110控制，用於執行振動摩擦焊接機的其它功能。由於該執行機構與本實用新型涉及的加熱裝置不相關，在此不再贅述。優選地，上位機100可以包括整體設定單元。該整體設定單元可以與紅外發生器電源160通信，以設定加熱裝置170的預加熱時間，並且可以與下位機110通信，以定義執行機構140。預加熱時間是進行預加熱過程所需的時間。預加熱過程是指剛開機時，紅外加熱單元溫度與室溫相同，為了能快速達到保溫溫度而進行的加熱過程。另外，根據應用的不同，振動摩擦焊接機上可能不止一個功能執行機構。但是，只有一個執行機構能驅動紅外加熱單元移動，而這個機構在焊接模具中是最重要的，需要通過整體設定單元來專門定義。優選地，上位機100還可以包括單體設定單元。該單體設定單元可以與紅外發生器電源160通信，以設定加熱裝置170中包括的至少一個加熱單元(紅外發生器171)中的每一個的工作參數。根據不同的應用，每付模具上配有不同數量的加熱單元。而且要求不同，每個加熱單元的工作的電流、電壓設置也不同，並且滿負荷加熱的時間也不一樣。同時，線路長度的不同也就意味著線路的壓降損耗的不同。客戶還能自行設定紅外加熱單元不工作時的保溫功率。而這些參數都可以通過單體設定單元進行參數設定。優選地，上位機100還可以包括安全互鎖單元。該安全互鎖單元可以與下位機110 通信，以設定執行機構120和執行機構140的執行順序。一些焊接模具動作比較複雜，可能會裝有多個的功能執行機構(如執行機構120和執行機構140)，而且動作環環相扣。為了保證各功能執行機構能安全有效地工作，可以通過安全互鎖單元設定紅外驅動機構(如執行機構140)與其它各功能的動作條件(亦即執行順序)。通過這些設置，能在任何場合下保證各執行機構安全順利地運行而不發生碰撞、幹涉等意外事故。根據本實用新型的實施例的用於控制振動摩擦焊接機的系統，可以提供具有加熱功能的摩擦焊接機的控制方式。在這種控制方式下，焊接的質量得以提高，並且實現了清潔焊接。同時，又減少了能耗，並且降低了生產成本。而工控機的使用，極大地增強了機器的功能，從而滿足了客戶的要求。以上雖然結合附圖詳細描述了本實用新型的實施例，但是應當明白，上面所描述的實施方式只是用於說明本實用新型，而並不構成對本實用新型的限制。對於本領域的技術人員來說，可以對上述實施方式作出各種修改和變更而沒有背離本實用新型的實質和範圍。因此，本實用新型的範圍僅由所附的權利要求及其等效含義來限定。
權利要求1.一種用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統， 所述振動摩擦焊接機包括 機架； 振動頭，其安裝在所述機架上，用於產生振動； 第一模具，其安裝到所述振動頭，用於放置第一工件； 升降臺，其通過導柱連接到所述機架；以及 第二模具，其安裝到所述升降臺，用於放置第二工件， 所述系統包括 上位機； 下位機，其與所述上位機進行通信；以及 第一執行機構，其由所述下位機控制，用於驅動所述第一模具和所述第二模具， 其特徵在於，所述振動摩擦焊接機進一步包括 加熱裝置，其安裝到所述升降臺或所述第二模具，用於在對所述第一工件和所述第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，對所述第一工件和所述第二工件進行加熱，並且所述系統進一步包括 電源裝置，其與所述上位機進行通信，用於控制所述加熱裝置的加熱；以及 第二執行機構，其由所述下位機控制，用於驅動所述加熱裝置。
2.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述加熱裝置包括 至少一個加熱單元，其由所述電源裝置控制，用於加熱所述第一工件和所述第二工件；以及 驅動單元，其由所述第二執行機構控制，用於驅動所述加熱單元在用於進行加熱的第一位置和不同於所述第一位置的第二位置之間移動。
3.根據權利要求2所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述加熱單元為紅外線加熱單元。
4.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述上位機包括 整體設定單元，其與所述電源裝置通信，以設定所述加熱裝置的預加熱時間，並且與所述下位機通信，以設定所述第二執行機構。
5.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述上位機包括 單體設定單元，其與所述電源裝置通信，以設定所述加熱裝置中包括的至少一個加熱單元中的每一個的工作參數。
6.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述上位機包括 安全互鎖單元，其與所述下位機通信，以設定所述第一執行機構和所述第二執行機構的執行順序。
7.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述電源裝置的輸出電壓為O到48伏特，並且輸出電流為O至40安培。
8.根據權利要求7所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述電源裝置的輸出電壓為15至35伏特，並且輸出電流為10至30安培。
9.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，在對所述第一工件和所述第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，所述加熱裝置對所述第一工件和所述第二工件加熱I到30秒鐘。
10.根據權利要求9所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，在對所述第一工件和所述第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，所述加熱裝置對所述第一工件和所述第二工件加熱5到15秒鐘。
11.根據權利要求I所述的用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統，其中，所述第一工件和所述第二工件為熱塑性塑料件。
專利摘要本實用新型公開了一種用於控制具有加熱裝置的振動摩擦焊接機的系統。其中，焊接機包括機架；振動頭，其安裝在機架上；第一模具，其安裝到振動頭，用於放置第一工件；升降臺，其通過導柱連接到機架；以及第二模具，其安裝到升降臺，用於放置第二工件，該系統包括上位機；下位機，其與上位機進行通信；以及第一執行機構，其由下位機控制，用於驅動第一和第二模具，其特徵在於，焊接機還包括加熱裝置，其安裝到升降臺或第二模具，用於在對第一和第二工件進行振動摩擦焊接操作之前，對第一和第二工件進行加熱，並且該系統還包括電源裝置，其與上位機進行通信，用於控制加熱裝置的加熱；以及第二執行機構，其由下位機控制，用於驅動加熱裝置。
文檔編號B29C65/06GK202668988SQ20112052775
公開日2013年1月16日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者瞿軼 申請人:必能信超聲(上海)有限公司